BAB I PENDAHULUAN Bab ini menyajikan uraian tentang permasalahan yang melatarbelakangi penelitian sintesis magnetit yang terlapis asam humat (Fe 3 O 4 -HA) dengan metode kopresipitasi sebagai adsorben zat warna kation (metilen biru) dan anion (metil orange) serta diuraikan tujuan dan manfaat penelitian ini. I.1 Latar Belakang Perkembangan industri yang semakin pesat menimbulkan dampak berupa limbah industri yang semakin bertambah pula baik volume maupun jenisnya. Limbah industri khususnya limbah industri tekstil, kertas, kosmetik, makanan, obat-obatan, dan lain-lain, merupakan salah satu penyebab masalah lingkungan akibat dari buangan limbah tersebut yang mencemari lingkungan. Akibatnya beban pencemaran lingkungan semakin berat, sedangkan kemampuan alam untuk menerima beban limbah terbatas. Jenis limbah industri banyak macamnya, tergantung bahan baku dan proses yang digunakan masing-masing industri. Industri tekstil merupakan salah satu jenis industri di Indonesia. Zat warna dalam industri tekstil merupakan salah satu bahan baku utama yang memberikan kontribusi besar dalam pencemaran lingkungan, sekitar 10-15% dari zat warna yang sudah digunakan tersebut tidak dapat dipakai ulang dan harus dibuang (Selvam dkk., 2003). Selain itu, zat warna yang telah dibuang sebagai limbah ke lingkungan merupakan pencemar organik yang bersifat non biodegradable terhadap lingkungan (Wihasti, 2015). Zat warna tekstil umumnya dibuat dari senyawa azo dan turunannya yang merupakan unit benzena. Unit benzena sangat sulit terdegradasi, kalaupun dimungkinkan dibutuhkan waktu yang lama. Senyawa azo bila terlalu lama berada di lingkungan, akan menjadi sumber penyakit karena sifatnya karsinogenik dan mutagenik (Inbaraj, 2011). Zat warna azo yang dikandung limbah industri tekstil dapat mengganggu kesehatan, misalnya iritasi kulit, iritasi mata, dan bahkan menyebabkan kanker. Meskipun zat warna hanya memberi kontribusi yang kecil terhadap total muatan organik dalam air limbah, tetapi keberadaannya akan memberikan tingkat warna
yang tinggi. Di samping itu, zat warna dapat menyebabkan kenaikan Biological Oxygen Demand (BOD) dan menularkan penyakit melalui air (Gupta dkk., 2005). Zat warna juga dapat memberikan efek terhadap organisme akuatik akibat berkurangnya intensitas cahaya matahari dan dapat bersifat toksik bagi fauna dan flora karena mengandung senyawa aromatik, logam, khlorida, dll. (Dhaneshvar dkk., 2007). Banyak usaha yang telah dilakukan untuk meminimalisir dan mengatasi pencemaran dari zat warna azo. Salah satunya dengan cara kimia yaitu dengan menambahkan zat kimia sebagai koagulan, akan tetapi cara ini memiliki kelemahan yaitu dihasilkan lumpur kimia (sludge) yang cukup banyak dan diperlukan pengelolaan sludge lebih lanjut yang memerlukan biaya relatif tinggi dan lumpur yang dihasilkan ini juga akan menimbulkan masalah baru bagi unit pengolahan limbah (Mahbubah, 2013). Selain itu, penghilangan zat warna tidak dapat berlangsung secara optimal, tetap tertinggal zat warna dalam kadar cukup tinggi di dalam air hasil pengolahannya. Metode lain untuk mendegradasi pewarna sintetik yaitu dengan menggunakan metode fisik-kimia seperti filtrasi, presipitasi, adsorpsi dengan karbon aktif, fotodegradasi dan ozonisasi (Junnarka dalam Mahbubah, 2013). Metode yang digunakan tersebut mahal dan kurang efektif karena hanya berkonsentrasi untuk menghilangkan warna, tidak mengurangi kandungan zat warna tersebut (Modi dkk., dalam Mahbubah 2013). Karena itu, perlu dikembangkan adsorben alternatif dengan luas permukaan besar, memiliki resistensi difusi kecil, dan ramah lingkungan. Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi terbaru di bidang nanoteknologi telah memberikan andil dalam pembuatan nanopartikel oksida besi yang memiliki luas permukaan besar dan sifat magnetik material yang memudahkan pemisahan zat warna menjadi lebih efisien dalam waktu singkat dengan menggunakan bantuan medan magnet luar (Afkhami dkk., 2010a.; Afkhami dan Moosavi, 2010; Weng dkk., 2010). Nanopartikel oksida besi telah menjadi perhatian para peneliti saat ini karena prosedur sintesis yang terlibat lebih sederhana dan dengan biaya modal yang rendah dibandingkan dengan tersedia secara komersial karbon aktif (Afkhami dan Musavi, 2010).
Magnetit nanopartikel (Fe 3 O 4 ) merupakan salah satu besi oksida yang memiliki sifat magnetik yang besar (Mulyati, 2014) dan memiliki warna hitam (Cornell dan Schwertmann, 2003). Fe 3 O 4 memiliki Fe(II) dan Fe(III) (Blaney, 2007) yang secara stokiometri memiliki rasio Fe(II)/Fe(III) = 1:2 sehingga sering ditulis dengan Fe II Fe III 2 O 4 (Cornell dan Schwertmann, 2003). Magnetit (Fe 3 O 4 ) sebagai salah satu material dengan sifat magnetik yang dimilikinya telah banyak digunakan sebagai media perekam seperti audio dan video tape, kaset perekam dan cairan magnetik (magnetic fluids). Dalam dunia medis, Fe 3 O 4 banyak digunakan termasuk di antaranya adalah diagnosis medis, sensor, terapi kanker, katalis, microwave radio frequency hypothermia, photomagnetics dan magnetic resonance imaging (MRI) magnetic-optics devices, high frequency applications dan magnetic sensing (Ghandoor dkk., 2012). Senyawa magnetit (Fe 3 O 4 ) nanopartikel juga telah banyak dikembangkan sebagai adsorben untuk penghilangan logam berat dan limbah zat warna di dalam lingkungan perairan. Akan tetapi, Fe 3 O 4 sangat mudah teroksidasi oleh udara dan juga mudah membentuk agregat di dalam sistem berair (Maity, 2007). Oleh karena itu, stabilitas magnetit dalam hal dispersi koloid (tanpa agregasi) dan tanpa pencucian besi, tetap menjadi tantangan tersendiri yang masih bisa diatasi dengan modifikasi lapisan permukaan magnetit dengan bahan pelapis yang sesuai (Mak dan Chen, 2004; Gupta dan Gupta, 2005; Afkhami dkk., 2010). Peng, dkk (2012) telah mempelajari pelapisan magnetit pada asam humat (Fe 3 O 4 -HA) sebagai adsorben zat warna Rhodamin B. Dalam penelitiannya diperoleh bahwa 50 mg Fe 3 O 4 -HA dapat menghilangkan kontaminan limbah Rhodamin B dalam air dengan menggunakan magnetit termodifikasi asam humat (Fe 3 O 4 -AH) yang terjadi dalam waktu kurang dari 15 menit dan memiliki kapasitas adsorpsi 161,8 mg g -1. Dalam penelitiannya juga menunjukkan bahwa pada ph optimum, yaitu ph 2,53, Fe 3 O 4 -AH dapat menghilangkan senyawa Rhodamin B lebih dari 98,5%. Selain itu, (Madrakian dkk., 2012) juga telah mempelajari kinetika adsorpsi tujuh senyawa organik zat warna yang berbeda (Metilen Biru, Kristal Violet, Congo Merah, Janus Hijau, Metil Merah, Reaktif Biru, dan Thionine) dalam limbah cair menggunakan adsorben magnetit terlapis
ampas daun teh (MNLTW) dengan kapasitas adsorpsi secara berurutan adalah 116,16 mg g -1 ; 110,07 mg g -1 ; 79,88 mg g -1 ; 126,74 mg g -1 ; 124,83 mg g -1 ; 85,78 mg g -1 ; dan 123,49 mg g -1. Pada penelitian ini, akan dipelajari sintesis material magnetit nanopartikel terlapisi asam humat (Fe 3 O 4 -HA) serta aplikasinya untuk adsorpsi zat warna azo (kation dan anion). Asam humat ini diharapkan selain memiliki kemampuan dalam menstabilkan magnetit (Fe 3 O 4 ) juga memiliki kapasitas adsorpsi yang tinggi terhadap zat warna tersebut. Pada penelitian ini pula dipilih zat warna azo (kation dan anion) yang mudah ditemui di labaratorium yaitu metilen biru (kation) dan metil orange (anion). Uji karakterisasi dengan Spektrofotometer Infra merah (FTIR), difraktometer sinar-x (XRD), Scanning Electron Microscope (SEM), Atomic Absorption Spectoscopy (AAS), dan Spektrofotometer UV-Visible (UV- Vis) dilakukan untuk mengetahui keberhasilan sintesis dan pengujian aplikasinya. Dengan diperolehnya informasi dari hasil penelitian ini, diharapkan akan dapat memberikan manfaat dan dilanjutkan penelitian secara berkesinambungan terkait pengolahan limbah perairan (waste water treatment) menggunakan material magnetit terlapisi asam humat (Fe 3 O 4 -HA). I.2 Tujuan Penelitian Tujuan umum yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sintesis magnetit nanopartikel terlapisi asam humat (Fe 3 O 4 -HA) menggunakan metode kopresipitasi serta aplikasinya untuk adsorpsi zat warna kation (metilen biru) dan zat warna anion (metil orange) Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah: 1. Mempelajari pengaruh derajat keasaman (ph), waktu kontak, dan konsentrasi pada proses adsorpsi zat warna kation (metilen blue) dan zat warna anion (metil orange) dengan Fe 3 O 4 -HA. 2. Mempelajari ph point of zero charge (ph PZC ), kestabilan Fe 3 O 4 -HA dalam medium air dan kandungan gugus fungsional HA dan Fe 3 O 4 HA. 3. Mempelajari kinetika dan isoterm adsorpsi zat warna kation (metilen blue) dan zat warna anion (metil orange) pada Fe 3 O 4 HA.
I.3 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain: 1. Memberikan alternatif metode sintesis material magnetit terlapis asam humat (Fe 3 O 4 HA) yang lebih efektif, sederhana, dan ramah lingkungan. 2. Memperoleh informasi material magnetit terlapis asam humat (Fe 3 O 4 HA) yang memiliki kemampuan dalam proses degradasi zat warna. 3. Memperoleh alternatif baru dalam rangka mengatasi permasalahan limbah zat warna yakni menggunakan teknologi nanopartikel.